催化重整預處理加熱爐熱效率低的問題及整改

朱現衛

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

1 概 況

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司三聯合催化重整預處理裝置有3 臺圓筒加熱爐，預加氫爐H102 是為催化重整預加氫油氣和氫氣反應提供熱源，汽提塔重沸爐H103 是為汽提塔C102塔底油提供熱源，脫戊烷塔重沸爐H204 是為重整分餾塔C201 底油提供熱源。3 臺加熱爐并聯運行，共用一臺余熱回收系統，見圖1。此系統是2008 年大檢修時增上的擾流子加搪瓷管重型式空氣預熱器，其上層為擾流子加翅片管束(高溫段)，下層為搪瓷管束(低溫段)，見圖2。

圖1 3 臺加熱爐示意

圖2 預熱器E151 示意

2 加熱爐擴能改造情況

2011 年催化重整裝置擴能，對3 臺加熱爐的燃燒器進行了更換，其他沒有改動。燃燒器更換為LGH-Q200Ⅱ強化傳熱型燃燒器，燃燒器的結構(見圖3):燃燒器內部結構和普通燃燒器一樣，但頂部收縮，使燃料和空氣在燃燒腔內充分混合燃燒，通過頂部縮口高速噴出燃燒器，形成爐膛火焰。

圖3 強化傳熱型燃燒器結構示意

此種燃燒器的主要特點:

(1)在其他設施基本不改動的情況下，提高加熱爐熱負荷15%～40%。通過高效預燃及限制性射流技術，燃料燃燒充分，火焰剛勁有力，爐膛內形成強制對流循環場，使爐膛內溫度更加均勻，提高負荷15%～40%。

(2)燃燒器壓力降大。預加氫爐H102 燃燒器設計壓力降為1 200 Pa，汽提塔和脫丁烷塔重沸爐H103 和H204 設計壓力降為1 100 Pa。

3 擴能后存在問題及分析

2011 年檢修開工后，加熱爐煙道擋板處壓力為-220 Pa(滿量程)，比標準值低140 Pa;加熱爐預熱器后氧的體積分數高，約為13.16%。

2012 年3 月，由某研究所對預熱器各部分進行了監測，測定數據見表1。

通過以上氧含量數值對比分析，判定3 臺加熱爐對流室、煙氣管道、預熱器都存在空氣內漏，為此，制定了一系列相對應的整改方案。

4 加熱爐問題整改

2012 年5 月重整單元停工檢修，打開預熱器集氣箱上人孔，開引風機，對預熱器內部進行檢查、堵漏，對加熱爐的對流段、煙氣管道和預熱器等部位進行了處理。

4.1 預熱器內部檢查存在問題

(1)搪瓷、翅片管端密封擋圈翹曲、脫落，內外皆有縫隙;

(2)有少量搪瓷管、翅片管懸空;

(3)腐蝕穿孔搪瓷管84 根;

(4)管板四周密封角鋼縫隙較大，其中下層翅片管段上密封角鋼幾乎要脫落。

4.2 對應整改措施

(1)搪瓷、翅片管段管端纏繞陶瓷纖維布，管板與管子端頭之間縫隙用耐酸襯里密封;

(2)重新調整懸空的搪瓷管、翅片管，校正翹曲、脫落的密封擋圈并焊接固定;

(3)封堵腐蝕穿孔搪瓷管84 根;

(4)管板四周用耐酸襯里密封。

對于腐蝕穿孔的搪瓷管，在進出口兩端采用耐火纖維加澆注料封堵。該預熱器搪瓷管共有1 274根，排管有富裕，經計算封堵84 根后，排煙溫度仍能控制在145 ℃以下。整改前后情況見圖4 至圖7。

4.3 整改前問題討論

(1)密封擋圈周圈4 點點焊，焊點連接強度不夠，受熱時在鋼管摩擦力的作用下焊點撕裂，導致密封擋圈翹曲或脫落。

(2)由于密封擋圈脫落，在風速較大的情況下，管子振動強烈，向一側移動，導致少量搪瓷管、翅片管懸空。

(3)管板四周密封角鋼由于受熱，變形較大;焊接強度不夠的地方，密封角鋼脫落。

(4)搪瓷管露點腐蝕穿孔的原因較多:搪瓷管高電壓擊穿試驗時，電壓沒達到設計要求，未能發現針狀爆瓷的搪瓷管;預制穿管時，不小心劃傷搪瓷管等;燃料氣S 含量高。

4.4 2012 年整改后存在問題

經過2012 年5 月的整改消缺，對加熱爐檢測，3 臺爐爐頂處壓力還是-220 Pa(滿量程)，預熱器后氧體積分數9.2%左右，效果稍有好轉，但不是很明顯，3 臺加熱爐運行數據見表2。

表2 3 臺加熱爐運行數據

4.5 整改后問題討論

由以上數據可知，3 臺加熱爐輻射室和預熱器后氧的體積分數相差5.9%(3.3%，9.2%)左右，說明對流室、預熱器還是有較大漏風。試圖將爐膛壓力降低到-100 Pa(要求-80 Pa)，但燃燒狀況不能保證，熱負荷不能滿足生產要求。為保證裝置正常生產，只能保持輻射室頂壓力在-220 Pa(滿量程)。

因預熱器、對流室大的漏風部位已經整改，而預熱器后氧含量仍高的主要原因就是整個煙氣系統負壓過高所致。

經過和專業的燃燒器廠家技術人員交流，根據3 臺爐的運行情況分析，得出結論如下:

(1)爐膛、煙道擋板、預熱器后負壓過高。煙氣系統壓力最高處輻射室頂為-220 Pa(滿量程)，對流室、預熱器后肯定更大，造成對流室、預熱器及預熱器入口法蘭、防爆門、看火門等多處由外向內漏風，致使對流室、預熱器后氧含量一直居高不下。

(2)鼓風機和燃燒器不匹配。因燃燒器更換成強化傳熱型燃燒器，此燃燒器的結構決定了對風壓要求較高，3 臺燃燒器的設計壓力降分別為1 200，1 100 和1 100 Pa。而2011 年檢修只對燃燒器進行了擴能改造，沒有對風機做相應改造，原風機最大供風壓力為3 000 Pa，到燃燒器前壓力不能達到900～1 000 Pa(爐頂壓力-80 Pa 時，爐底壓力在-200 Pa 左右)，只能通過爐膛高負壓來補償，使燃燒器前后壓力降達到1 100 Pa 左右，進而保證燃燒器正常燃燒，裝置負荷達到生產要求。

4.6 改進措施

(1)治漏堵漏。查找3 臺加熱爐爐體、煙風道及預熱器的漏風部位堵漏，尤其是風道，保證燃燒器前有較高壓力。因正在生產期間，個別部位的堵漏只能在檢修期間進行，能整改的已經整改完畢。

(2)匹配性改造。提設計委托，對鼓風機或燃燒器進行改造。通過提高鼓風機壓頭，保證燃燒器正常燃燒所需的壓力降1 100 Pa，降低爐膛、預熱器處的負壓，或核算更換成低壓力降燃燒器。

5 結束語

通過以上分析，找到了3 臺加熱爐預熱器后氧含量高的原因是煙氣系統負壓太高，負壓高的原因是裝置擴能沒有做全面的匹配性改造。要徹底治理此狀況，可通過核算鼓風機、煙風道壓力降等參數選擇合適的鼓風機，或更換成低壓力降燃燒器，此整改需通過2015 年大檢修才能實施，該文僅為2015 年檢修徹底治理3 臺加熱爐的運行狀況提供參考。